От пробирки до кастрюли: Как ученые разрабатывают продукты, которые мы едим каждый день - Анастасия Волчок

Еда из принтера

Очередным шагом на пути к персонализации еды стал 3D-биопринтинг. Если научиться быстро и дешево печатать на принтерах свежие блюда из выбранных ингредиентов – представьте, насколько проще станет жизнь аллергиков и других людей с ограничениями в питании.

Веганский бекон или креветки? Пицца без глютена? Десерт без сахара? Суши без рыбы? Нет ничего проще. Сейчас, к сожалению, 3D-печать не настолько развита, но сложно предсказать, что будет через 10 лет. Мишленовские рестораны уже поверили в большое будущее такой печати. С помощью компьютерных моделей и роботизированных систем можно получать совершенно небывалые съедобные произведения искусства. Кружевной шоколад, объемные фигурки и прочее.

На сегодня среди пищевых 3D-принтеров самые распространенные модели используют экструзию. Это выдавливание пюреобразной жидкости слой за слоем через тонкие сопла. При этом сырье в принтер можно загружать самое разное: фруктовое пюре, шоколад, тесто, глазурь, сыр. Главное, правильно подобрать консистенцию и убедиться, что «чернила» способны к слипанию.

Есть и другие типы съедобной печати: капельно-порошковая, когда через слой порошка (сахара, крахмала) проходит направленная струя связывающей его жидкости, или лазерное спекание – здесь в качестве «чернил» тоже используют порошкообразные смеси, которые частично сплавляют друг с другом с помощью лазеров высокой мощности.

Для биотехнологов 3D-биопринтинг интересен в основном с точки зрения его комбинации с клеточными технологиями. Согласитесь, напечатать из горохового белка блинчик в форме кальмара – задача довольно тривиальная. А вот создать на принтере стейк из настоящих культивируемых клеток коровы – совсем другое дело. Таких высокотехнологичных компаний на глобальном рынке пока очень мало, их можно буквально пересчитать по пальцам. В качестве примера приведем испанский Cocuus. Стартап специализируется на производстве реалистичных заменителей привычной еды, а для получения продуктов одной из линеек используется комбинация животного белка с растительным жиром.

Умная упаковка

Как мы уже говорили, одной едой рынок пищевого биотеха не ограничивается. Поэтому напоследок скажем несколько слов о том, что непосредственно контактирует с этой самой едой, – об упаковке. Ее, между прочим, тоже нужно модернизировать с учетом современных запросов.

Например, из-за проблемы пластикового загрязнения большое распространение получила идея создания «натуральных» полимеров, которые могли бы разлагаться в природных условиях. Так появились биопластики. Их, в отличие от синтетических братьев, таких как ПЭТ или ПВХ, получают не из нефти, а из органики: опилок, переработанных растительных масел, животных отходов.

Одним из первых видов биопластика, широко вошедших в нашу повседневную жизнь, стал термопластичный крахмал. Об изобретении полимерных материалов на его основе говорили еще в 1990-е гг., но тогда эта альтернатива обычным пластмассам оказалась слишком дорогой. Сегодня ситуация изменилась, и термопластичный крахмал с добавлением пластификаторов (сорбита, глицерина) уже занимает не последнее место на рынке. Обычно он служит для производства упаковочных пленок.

Позднее в роли одноразовой упаковки стали использовать сложные эфиры целлюлозы (ацетат целлюлозы, нитроцеллюлоза) и их производные (целлулоид), а также белковые молекулы – пшеничный глютен, белки сои и молока. Все это натуральные разлагаемые материалы. Нужно, однако, понимать, что не все биопластики таковы. К биопластикам относят и аналоги синтетических полимеров, строительные блоки для которых получают не из нефти, а из растительного сырья. На такой упаковке может быть написано «bio-based», но распадаться в земле или воде она не будет. Биополипропилен сам по себе ничем не отличается от обычного, разница лишь в том, что его производство не зависит от нефти.

Интересно, что некоторые биопластики, наоборот, получают из нефти, но готовый материал из них способен к биодеструкции (рис. 39). Выходит, не все биополимеры одинаковы: у них разные свойства и разная способность к раcпаду.

Рис. 39. Виды биопластиков[236]. На рынке биополимеры составляют чуть больше 1% всех пластиков, из них к разлагаемым относится лишь половина

В последние 20 лет некоторую популярность приобрели алифатические полиэфиры: полилактид, он же полимолочная кислота, и поли–3-гидроксибутират. Они известны уже более 100 лет, но использовать их научились сравнительно недавно. Первый, полилактид, состоит из множества молекул молочной кислоты. Чтобы ее получить, крахмалистое сырье, например кукурузу, обрабатывают ферментами и подвергают молочнокислому брожению. Затем молочную кислоту полимеризуют под воздействием специальных катализаторов при повышенной температуре и низком давлении, чтобы получить полимеры определенной длины. Далее их либо используют сами по себе для производства пищевой пленки и одноразовой посуды, либо включают в состав сложных пластиков с добавлением других природных материалов – декстрана (производится бактериями из глюкозы), хитозана (содержится в хитине насекомых и ракообразных) или разных растительных наполнителей: банановой, бамбуковой, древесной муки, ореховой скорлупы. Это делается для того, чтобы снизить стоимость полимера и скорректировать его свойства. Чистый полилактид подходит только для продуктов с коротким сроком годности.

Поли–3-гидроксибутират, в свою очередь, вырабатывается в готовом виде некоторыми бактериями, растущими на глюкозе (Ralstonia eutropha, Alcaligenes eutrophus и др.). Для его производства подходят подсолнечник, кукуруза или остатки свеклы после производства сахара. Поли–3-гидроксибутират относится к группе веществ с длинным названием «полигидроксиалканоаты» и по свойствам очень похож на полипропилен. При этом он хорошо совместим с организмом человека – настолько, что из него делают шовные нити и капсулы для лекарств[237].

Когда относительно дешевые биопластики только начали появляться на рынке, они казались чем-то вроде панацеи, которая должна была избавить человечество от скопления пластиковых отходов в океане и на мусорных полигонах. Биопластики и правда обладали рядом преимуществ перед традиционными пластмассами. Они оставляли меньший углеродный след, их производство не зависело от ископаемых углеводородов, и, самое главное, некоторые из них (но не все) со временем разлагались в окружающей среде под воздействием различных микроорганизмов.

Однако позже отношение даже к разлагаемому биопластику стало не столь однозначно позитивным. Многочисленные испытания и опыт использования показали, что утилизацией биопластика тоже нужно заниматься, сам по себе он разлагается не так хорошо, как хотелось бы. Оказалось, что большинство продуктов из биопластика эффективно деградирует, только если подвергнуть их промышленному компостированию. Недостаточно просто бросить «растительный» пакет на землю и ждать, что он превратится в воду и углекислый газ. Даже закапывание в почву не всегда помогает. Если поли–3-гидроксибутирату, чтобы полностью раствориться, нужно провести в земле всего полгода, то стаканчик из полилактида за год потеряет всего 5% своей массы – распространенные в почве плесневые грибки едят его очень медленно. А компостировать биопластик не так легко. В странах с ярко выраженной сезонностью компостирование невозможно проводить зимой, а в засушливых регионах оно требует искусственного увлажнения грунта, то есть очень большого расхода воды.

Еще одной